TWI640740B - Vapor-liquid flow heat transfer module - Google Patents

Abstract

一種汽液相流熱傳模組，係包含至少一蒸發器，內部具有一第一腔室填充有一第一工作介質；至少一蒸發器管體，具有一第一、二端及一冷凝段位於該第一、二端之間，該第一、二端連通該至少一蒸發器的第一腔室形成該第一工作介質的一迴路；至少一熱交換器，內部具有一熱交換腔室，並該至少一熱交換器具有一第一、二側面供該蒸發器管體的冷凝段貼設；及至少一散熱器管體，係連通該至少一熱交換器的熱交換腔室及至少一散熱器，且供一第二工作介質流動以形成該第二工作介質的一迴路。

Description

汽液相流熱傳模組

本發明係有關於散熱領域，特別指一種可縮小換熱面積及縮短傳熱路徑且增加換熱效率的汽液相流熱傳模組。

按，一般常用的散熱技術是風扇和散熱鰭片，然而現行電子設備隨著效能提高，其中作為處理訊號及運算的電子元件相對的也較以前的電子元件產生較高的熱量。汽液相流熱傳技術開始被應用在高熱通量的產品或環境散熱，由於相變化的理論熱通量可以達到50W/cm ²以上，且不需額外電力，所以汽液相流熱傳技術有熱移及節能的特性。 目前的汽液相流熱傳技術有回路式熱管（Loop Heat Pipe, LHP）、毛細泵環路系統（Capillary Porous Loop, CPL）與汽液相熱虹吸迴路系統（Two-Phase Loop Thermosyphon, LTS）等，汽液相流熱傳技術的裝置通常包含有一蒸發器結合一散熱器並兩者間由一管體連接組成一封閉式迴路，藉由該管體將熱從該蒸發器傳遞至遠端的散熱器以達到散熱目的。 然而，目前的汽液相流熱傳技術的散熱器以一風扇冷卻降溫，而風扇冷卻降溫除了所需要的換熱面積較大而必須佔據系統內的較大空間，習知的管體的傳熱路徑也較長，管體內的工作介質無法快速回流，導致換熱效率不佳。因此，如何應用系統空間來滿足散熱器的換熱需求或者超越風扇的換熱效率係為本領域所要努力的方向。

本發明之一目的，在提供可縮小換熱面積或縮短蒸氣管及冷凝管傳熱路徑的一種汽液相流熱傳模組。 本發明之另一目的，在提供可增加換熱效率的一種汽液相流熱傳模組。 為達成上述之目的，本發明提供一種汽液相流熱傳模組，係包含：至少一蒸發器，內部具有一第一腔室，該第一腔室設有一第一工作介質；至少一蒸發器管體，具有一第一端及一第二端及一冷凝段位於該第一、二端之間，該第一、二端連通該至少一蒸發器的第一腔室形成該第一工作介質的一迴路；至少一熱交換器，內部具有一熱交換腔室，並該至少一熱交換器具有一第一側面及一第二側面供該蒸發器管體的冷凝段貼設；及至少一散熱器管體，係連通該至少一熱交換器的熱交換腔室及至少一散熱器，且供一第二工作介質流動以形成該第二工作介質的一迴路。 藉由本發明此設計，透過集中在該蒸發器管體的冷凝段的一個熱交換器，或多個熱交換器彼此相互堆疊組合，並透過該散熱器管體快速將熱傳遞至散熱器進行散熱，可達到縮小換熱面積及縮短傳熱路徑同時增加換熱效率的功效。

本發明之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。 請參考第1A、1B、1C及1D圖，係為本發明汽液相流熱傳模組之第一實施例之立體分解圖及立體組合圖及蒸發器與蒸發器管體剖視圖及熱交換器與散熱器管體剖視圖，如圖所示，本發明所述汽液相流熱傳模組係包含至少一蒸發器、至少一蒸發器管體、至少一熱交換器、至少一散熱器管體及至少一散熱器。在本實施例中係表示為一個蒸發器1、一個蒸發器管體2、一個熱交換器3、一個散熱器管體4及一個散熱器5，但是不侷限於此，其他的一些變異實施如後所述。 該蒸發器1內部具有一第一腔室11，該第一腔室11設有一第一工作介質，該第一工作介質為高比熱係數的液體。該蒸發器1係用以貼設一發熱源（未繪示），並從該發熱源吸收熱。在本實施例中，該蒸發器1係表示為一方型板體，但並不侷限於此，在其他實施例中，該蒸發器1也可以表示為管徑大於該蒸發器管體2的管型蒸發器，本發明並不侷限該蒸發器1的形狀或態樣。 該蒸發器管體2具有一第一端21及一第二端22及一冷凝段23，該第一、二端21、22分設於該蒸發器管體2的相反兩端，該第一、二端21、22連通該第一腔室11形成該第一工作介質的迴路，並該冷凝段23位於該第一、二端21、22之間。該蒸發器管體2還具一蒸氣段24及一液體段25，該蒸氣段24相鄰該第一端21，該液體段25相鄰該第二端22，該冷凝段23係連接於該蒸氣段24及該液體段25之間。並在本實施例中，該液體段25內部係表示設有一毛細結構26，但並不侷限於此，在其他實施例中，該液體段25內部也可以表示為省略該毛細結構26。在本實施例中，該蒸發器管體2係表示為圓管，但不侷限於此，在其他實施例中，該蒸發器管體2也可以表示為扁管。 該熱交換器3具有一熱交換腔室31、一第一側面32、一第二側面33、一入水口35及一出水口36，該第一、二側面32、33分設於該熱交換器3的相反兩側，供該蒸發器管體2的冷凝段23貼設，該蒸發器管體2的冷凝段23係選擇貼設於該第一側面32及該第二側面33其中任一。在本實施例中，該蒸發器管體2的冷凝段23係表示為貼設於該熱交換器3的第二側面33，但不侷限於此，該蒸發器管體2的冷凝段23貼設於該第一側面32，亦可。 該散熱器管體4具有一第三端41及一第四端42，該第三、四端41、42分設於該散熱器管體4的相反兩端，並該散熱器管體4係連通該熱交換器3的熱交換腔室31及該散熱器5，且該散熱器管體4供一第二工作介質流動以形成該第二工作介質的一迴路，該第二工作介質為高比熱係數的液體。在本實施例中，該散熱器管體4係表示為圓管，但不侷限於此，在其他實施例中，該散熱器管體4也可以表示為扁管。 該散熱器5具有一第二腔室51及一泵浦52，該散熱器管體4係透過該熱交換器3的入水口35與出水口36連通該熱交換器3的熱交換腔室31，並透過該第三、四端41、42連通該散熱器5的第二腔室51與泵浦52以形成該第二工作介質的該迴路。該散熱器5在本實施例中係表示為一水冷排，並在第1A、1B圖中係以局部剖面做表示。在本實施例中，該散熱器管體4係表示為一水冷管，該泵浦52係表示為相鄰設置於該散熱器管體4的第三端41，但並不侷限於此，在其他實施例中，該泵浦52也可以表示為相鄰設置於該散熱器管體4的第四端42。 並在本實施例中，該熱交換器3具有至少一凹槽34，該至少一凹槽34對應該蒸發器管體2，該蒸發器管體2的冷凝段23係嵌設於該至少一凹槽34內，但不侷限於此，在其他實施例中，該熱交換器3係表示為具有平坦表面，該蒸發器管體2的冷凝段23貼設於該熱交換器3的平坦表面。在其他實施例中，該蒸發器管體2的冷凝段23崁設於該熱交換器3的凹槽34中係與該熱交換器3的外表面齊平。並在本實施例中，該熱交換器3係為一水冷頭。 在一具體實施例中，該第一工作介質在該第一腔室11內受熱到達沸點蒸發形成汽相的該第一工作介質，並汽相的該第一工作介質通過該第一端21進入該蒸氣段24，並通過該蒸氣段24流通至該冷凝段23，該冷凝段23吸收汽相的該第一工作介質的熱並與該熱交換器3熱交換，汽相的該第一工作介質在該冷凝段23冷凝形成液相的該第一工作介質，並液相的該第一工作介質被該液體段25的毛細結構26吸收回流通過該第二端22進入該蒸發器1的第一腔室11。在其他實施例中，該液體段25省略設置該毛細結構26，液相的該第一工作介質被氣壓推動回流通過該第二端22進入該蒸發器1的第一腔室11。 該熱交換器3吸收該蒸發器管體2的冷凝段23的熱，該第二工作介質係受到該泵浦52驅動從該散熱器5的第二腔室51通過該散熱器管體4的第三端41並從該入水口35流通至該熱交換器腔室31，並該第二工作介質吸收該熱交換器3的熱透過該出水口36從該第四端42回流至該第二腔室51，該散熱器5吸收該第二工作介質的熱進行輻射散熱。 藉由本發明此設計，可使該蒸發器1的熱被傳遞集中到該熱交換器3，然後藉由該散熱器管體4將該熱交換器3的熱向該散熱器5傳遞而散熱，藉此不但可以縮小換熱面積，還能夠縮短傳熱路徑，使第一、二工作介質可以快速回流，進而可以達到較佳的換熱效率。 請參閱第2A、2B圖，係為本發明汽液相流熱傳模組之第二實施例之立體分解圖及立體組合圖，並輔以參閱第1A、1B、1C及1D圖，如圖所示，本實施例部分結構及功能係與上述第一實施例相同，故在此將不再贅述，惟本實施例與上述第一實施例之不同處係為，該至少一熱交換器具有一第一熱交換器3及一第二熱交換器3a，該至少一散熱器管體具有一第一散熱器管體4及一第二散熱器管體4a，該至少一散熱器具有一第一散熱器5及一第二散熱器（未繪示），該第一散熱器管體4連通該第一散熱器5，該第二散熱器管體4a連通該第二散熱器，該第二散熱器管體4a及該第二散熱器的結構及組合關係請參考第1B圖的該散熱器管體4及該散熱器5的結構及組合關係。 在本實施例中，該第一蒸發器管體2的冷凝段23係表示為貼設於該第一熱交換器3的第二側面33及該第二熱交換器3a的第一側面32a，但並不侷限於此，該第一蒸發器管體2的冷凝段23貼設於該第一熱交換器3的第一側面32及該第二熱交換器3a的第二側面33a，或者，該第一蒸發器管體2的冷凝段23貼設於該第一熱交換器3的第一側面32及該第二熱交換器3a的第一側面32a，或者，該第一蒸發器管體2的冷凝段23貼設於該第一熱交換器3的第二側面33及該第二熱交換器3a的第二側面33a，亦可。 並該蒸發器管體2的冷凝段23係崁設於該第一熱交換器3的凹槽34及該第二熱交換器3a的凹槽34a。藉此，令該第一熱交換器3的第二側面33與該第二熱交換器3a的第一側面32a相互對應貼設。 藉由上述，該蒸發器管體2的冷凝段23可同時與該第一、二熱交換器3、3a進行熱交換，該第一、二熱交換器3、3a吸收該冷凝段23的熱，該第一、二散熱器管體4、4a透過該第二工作介質將熱帶走回流至該第一、二散熱器，以達到縮小換熱面積及縮短傳熱路徑並增加換熱效率的功效。 請參閱第3A、3B及3C圖，係為本發明汽液相流熱傳模組之第三實施例之立體分解圖及立體組合圖及俯視圖，並輔以參閱第2A及2B圖，如圖所示，本實施例部分結構及功能係與上述第二實施例相同，故在此將不再贅述，惟本實施例與上述第二實施例之不同處係為，該至少一蒸發器具有一第一蒸發器1及一第二蒸發器1a，該至少一蒸發器管體具有一第一蒸發器管體2及一第二蒸發器管體2a，該至少一熱交換器還具有一第三熱交換器3b，該至少一散熱器管體還具有一第三散熱器管體4b，該至少一散熱器還具有一第三散熱器（未繪示）。 該第一蒸發管體2的第一、二端21、22連通該第一蒸發器1的第一腔室11，該第二蒸發器管體2a的第一、二端21a、22a連通該第二蒸發器1a的第一腔室（未繪示），該第三散熱器管體4b連接該第三散熱器，該第三散熱器管體4b及該第三散熱器的結構及組合關係請參考第1B圖的該散熱器管體4及該散熱器5的結構及組合關係。 在本實施例中，該第二蒸發器管體2a的冷凝段23a係表示為貼設於該第一熱交換器3的第一側面32及該第三熱交換器3b的第二側面33b。並在本實施例中，該第一熱交換器3的該至少一凹槽具有一第一凹槽341及一第二凹槽342，該第一、二凹槽341、342分設於該第一熱交換器3的第一、二側面32、33，該第一蒸發器管體2的冷凝段23係崁設於該第二凹槽342及該第二熱交換器3a的該至少一凹槽34a，該第二蒸發器管體2a的冷凝段23a係崁設於該第一凹槽341及該第三熱交換器3b的該至少一凹槽34b。 藉此，令該第一熱交換器3的第一側面32與該第三熱交換器3b的第二側面33b相互對應貼設。 藉由上述，該第一蒸發器管體2的冷凝段23與該第一、二熱交換器3、3a進行熱交換，該第一熱交換器3也與該第二熱交換器3a進行熱交換，該第二蒸發器管體2a的冷凝段23a與該第一、三熱交換器3、3b進行熱交換，該第一熱交換器3也與該第三熱交換器3b進行熱交換，該第一、二熱交換器3、3a吸收該第一蒸發器管體2的冷凝段23的熱，該第一、三熱交換器3、3b吸收該第二蒸發器管體2a的冷凝段23a的熱，該第一、二、三散熱器管體4、4a、4b透過該第二工作介質將熱帶走回流至該第一、二、三散熱器，以達到縮小換熱面積及縮短傳熱路徑並增加換熱效率的功效。 請參閱第4A、4B圖，係為本發明汽液相流熱傳模組之第四實施例之立體分解圖及立體組合圖，並輔以參閱第1A及1B圖，如圖所示，本實施例部分結構及功能係與上述第一實施例相同，故在此將不再贅述，惟本實施例與上述第一實施例之不同處係為，該至少一蒸發器具有一第一蒸發器1及一第二蒸發器1a，該至少一蒸發器管體具有一第一蒸發器管體2及一第二蒸發器管體2a，該第一蒸發器管體2的第一、二端21、22連通該第一蒸發器1的第一腔室11，該第二蒸發器管體2a的第一、二端21a、22a連通該第二蒸發器1a的第一腔室（未繪示）。 在本實施例中，該第一蒸發器管體2係表示為貼設於該熱交換器3的第二側面33，該第二蒸發器管體2a係表示為貼設於該熱交換器3的第一側面32，但並不侷限於此，該第一蒸發器管體2貼設於該熱交換器3的第一側面32，或者，該第一、二蒸發器管體2、2a同時貼設於該第一側面32或該第二側面33，亦可。 並本實施例中，該至少一凹槽具有一第一凹槽341及一第二凹槽342，該第一蒸發器管體2的冷凝段23係崁設於該第二凹槽342，該第二蒸發器管體2a的冷凝段23a係崁設於該第一凹槽341，但不侷限於此，在其他實施例中，該熱交換器3係表示為具有平坦表面，該第一、二蒸發器管體2、2a的冷凝段23、23a貼設於該熱交換器3的平坦表面。在其他實施例中，該第一、二蒸發器管體2、2a的冷凝段23、23a崁設於該熱交換器3的第一、二凹槽341、342中係與該熱交換器3的外表面齊平。 藉由上述，該第一、二蒸發器管體2、2a皆與該熱交換器3進行熱交換，該熱交換器3吸收該冷凝段23、23a的熱，該散熱器管體4透過該第二工作介質將熱帶走回流至該第一、二散熱器，以達到縮小換熱面積及縮短傳熱路徑並增加換熱效率的功效。 以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍。

1‧‧‧蒸發器、第一蒸發器
11‧‧‧第一腔室
11a‧‧‧第二蒸發器
2‧‧‧蒸發器管體、第一蒸發器管體
21、21a‧‧‧第一端
22、22a‧‧‧第二端
23、23a‧‧‧冷凝段
24、24a‧‧‧蒸氣段
25、25a‧‧‧液體段
26‧‧‧毛細結構
2a‧‧‧第二蒸發器管體
3‧‧‧熱交換器、第一熱交換器
31‧‧‧熱交換腔室
32、32a、32b‧‧‧第一側面
33、33a、33b‧‧‧第二側面
34、34a、34b‧‧‧凹槽
341‧‧‧第一凹槽
342‧‧‧第二凹槽
35‧‧‧入水口
36‧‧‧出水口
3a‧‧‧第二熱交換器
3b‧‧‧第三熱交換器
4、4a‧‧‧散熱器管體、第一散熱器管體
41‧‧‧第三端
42‧‧‧第四端
4b‧‧‧第二散熱器管體
5‧‧‧散熱器、第一散熱器
51‧‧‧第二腔室
52‧‧‧泵浦

下列圖式之目的在於使本發明能更容易被理解，於本文中會詳加描述該些圖式，並使其構成具體實施例的一部份。透過本文中之具體實施例並參考相對應的圖式，俾以詳細解說本發明之具體實施例，並用以闡述發明之作用原理。 第1A圖係為本發明汽液相流熱傳模組之第一實施例之立體分解圖； 第1B圖係為本發明汽液相流熱傳模組之第一實施例之立體組合圖； 第1C圖係為本發明汽液相流熱傳模組之第一實施例之蒸發器與蒸發器管體剖視圖； 第1D圖係為本發明汽液相流熱傳模組之第一實施例之熱交換器與散熱器管體剖視圖； 第2A圖係為本發明汽液相流熱傳模組之第二實施例之立體分解圖； 第2B圖係為本發明汽液相流熱傳模組之第二實施例之立體組合圖； 第3A圖係為本發明汽液相流熱傳模組之第三實施例之立體分解圖； 第3B圖係為本發明汽液相流熱傳模組之第三實施例之立體組合圖； 第3C圖係為本發明汽液相流熱傳模組之第三實施例之俯視圖； 第4A圖係為本發明汽液相流熱傳模組之第四實施例之立體分解圖； 第4B圖係為本發明汽液相流熱傳模組之第四實施例之立體組合圖。

Claims (12)

1. 一種汽液相流熱傳模組，係包含： 至少一蒸發器，內部具有一第一腔室，該第一腔室設有一第一工作介質； 至少一蒸發器管體，具有一第一端及一第二端及一冷凝段位於該第一、二端之間，該第一、二端連通該至少一蒸發器的第一腔室形成該第一工作介質的一迴路； 至少一熱交換器，內部具有一熱交換腔室，並該至少一熱交換器具有一第一側面及一第二側面供該蒸發器管體的冷凝段貼設；及 至少一散熱器管體，係連通該至少一熱交換器的熱交換腔室及至少一散熱器，且供一第二工作介質流動以形成該第二工作介質的一迴路。
2. 如申請專利範圍第1項所述的汽液相流熱傳模組，其中該至少一蒸發器管體還具有一蒸氣段相鄰該第一端及一液體段相鄰該第二端，該冷凝段係連接於該蒸氣段及該液體段之間，該液體段選擇設有一毛細結構。
3. 如申請專利範圍第1項所述的汽液相流熱傳模組，其中該至少一熱交換器具有至少一凹槽，該至少一凹槽對應該至少一蒸發器管體，該至少一蒸發器管體的冷凝段係崁設於該至少一凹槽。
4. 如申請專利範圍第3項所述的汽液相流熱傳模組，其中該至少一熱交換器具有一第一熱交換器及一第二熱交換器，該至少一散熱器管體具有一第一散熱器管體及一第二散熱器管體，該至少一散熱器具有一第一散熱器及一第二散熱器，該第一散熱器管體連通該第一散熱器，該第二散熱器管體連通該第二散熱器，該至少一蒸發器管體的冷凝段係崁設於該第一熱交換器的凹槽及該第二熱交換器的凹槽。
5. 如申請專利範圍第4項所述的汽液相流熱傳模組，其中該第一熱交換器的第二側面與該第二熱交換器的第一側面相互對應貼設。
6. 如申請專利範圍第5項所述的汽液相流熱傳模組，其中該至少一蒸發器具有一第一蒸發器及一第二蒸發器，該至少一蒸發器管體具有一第一蒸發器管體及一第二蒸發器管體，該第一蒸發管體的第一、二端連通該第一蒸發器的第一腔室，該第二蒸發器管體的第一、二端連通該第二蒸發器的第一腔室，該至少一熱交換器還具有一第三熱交換器，該至少一散熱器管體還具有一第三散熱器管體，該至少一散熱器還具有一第三散熱器，該第三散熱器管體連通該第三散熱器及該第三熱交換器。
7. 如申請專利範圍第6項所述的汽液相流熱傳模組，其中該第一熱交換器的該至少一凹槽具有一第一凹槽及一第二凹槽，該第一、二凹槽分設於該第一熱交換器的第一、二側面，該第一蒸發器管體的冷凝段係崁設於該第二凹槽及該第二熱交換器的該至少一凹槽，該第二蒸發器管體的冷凝段係崁設於該第一凹槽及該第三熱交換器的該至少一凹槽。
8. 如申請專利範圍第7項所述的汽液相流熱傳模組，其中該第一熱交換器的第一側面與該第三熱交換器的第二側面相互對應貼設。
9. 如申請專利範圍第3項所述的汽液相流熱傳模組，其中該至少一散熱器係為一水冷排並具有一第二腔室及一泵浦，該至少一散熱器管體具有一第三端及一第四端連通該第二腔室及該泵浦及該熱交換腔室形成該第二工作介質的迴路。
10. 如申請專利範圍第9項所述的汽液相流熱傳模組，其中該至少一蒸發器具有一第一蒸發器及一第二蒸發器，該至少一蒸發器管體具有一第一蒸發器管體及一第二蒸發器管體，該第一蒸發管體的第一、二端連通該第一蒸發器的第一腔室，該第二蒸發器管體的第一、二端連通該第二蒸發器的第一腔室。
11. 如申請專利範圍第10項所述的汽液相流熱傳模組，其中該至少一凹槽具有一第一凹槽及一第二凹槽，該第一蒸發器管體的冷凝段係崁設於該第二凹槽，該第二蒸發器管體的冷凝段係崁設於該第一凹槽。
12. 如申請專利範圍第1項所述的汽液相流熱傳模組，其中該至少一熱交換器係為一水冷頭。